“Conocimientos esenciales de biología molecular para médicos” “Nuevos blancos terapéuticos” REVISIÓN

“Conocimientos esenciales de biología
molecular para médicos”
“Nuevos blancos terapéuticos”
Dres. Silvia Benasayag, Carlos Ponzinibbio, Benjamín Koziner,
Daniel Fassi y Marcelo Iastrebner
REVISIÓN
Resumen de la Jornada
llevada a cabo en el salón
Auditorio Osecac
el 1º de Septiembre de 2004.
Fecha de recepción: 15/10/04
Fecha de aceptación: 3/2/05
INTRODUCCIÓN
Marcelo Iastrebner
En los últimos años, experimentos utilizando la
técnica de “DNA-microarrays”, han contribuido a
incrementar conocimientos moleculares tan refinados
que no sólo permiten realizar nuevas clasificaciones
taxonómicas de las enfermedades hematológicas sino,
también, disponer de un nuevo arsenal terapéutico
basado en patrones de expresión genética y nuevos
fenotipos oncológicos. Como consecuencia de tal aluvión informativo, se han publicado los primeros resultados clínicos de estas “nuevas terapias” que
apuntan principalmente a las vías de señalización
enzimáticas intracelulares (cellular pathways) y a los
mecanismos de activación y desactivación de la expresión genética (gene expression profiling).
Históricamente, las enfermedades hematológicas
fueron analizadas y clasificadas sobre la base de propiedades que incluían a la clínica, morfología, marcadores de superficie celular, inmunohistoquímica y
anormalidades citogenéticas. En estos tiempos, los
microarrays y otras técnicas, como por ejemplo la
Amplificación de Sitios Intermetilados (AIMS, PCR
modificada), agregan información sobre la expresión
genética y la activación de vías de señalización
intracelular. Es de esperar que las nuevas estrategias
terapéuticas, basadas en recientes conocimientos de
genética, permitan que los nuevos tratamientos sean
más selectivos que los disponibles actualmente y corrijan con mayor exactitud el defecto molecular.
Entre las drogas que principalmente modifican la
transcripción celular se encuentran: los agentes
hipometilantes (ej. 5-Azacitidina y 5-Deoxicitidina),
oligonucleótido antisentido (ej. anti BCL2) y los
inhibidores de las histonas deacetilasas (ej. Butirato,
SAHA, etc.), mientras que entre las drogas que modifican principalmente el mecanismo de trasducción se
mencionan a los inhibidores de la tirosin kinasa
HEMATOLOGIA, Vol. 9 Nº 1: 17-27
Enero-Abril, 2005
(Imatinib), inhibidores de los proteosomas (ej.
Bortezomib), inhibidores de la farmesilación (R115777,
Zarnestra ® y SCH66336, Sarasar ®) e inhibidores
kinasa dependiente de ciclinas (flavopiridol, roscovitine, etc.). Todas estas drogas tienen un mecanismo
de acción diferente y muchas de ellas son sinérgicas
entre sí.
A continuación, los distintos expositores describirán conceptos esenciales del ciclo celular, apoptosis
y regulación de la expresión genética y, ejemplificarán
dichos conocimientos refiriéndose a algunas de las
drogas de aparición reciente y/o de futura aplicación.
REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR Y
APOPTOSIS
Silvia Benasayag
Uno de los puntos más relevantes que trae aparejado el conocimiento de la regulación del ciclo celular, radica en el hecho de poder encontrar nuevos
blancos y estrategias terapéuticas. El ciclo celular o
ciclo vital de la célula, es un proceso genético que
normalmente involucra un período de crecimiento y
replicación del ADN (Interfase: con las etapas G1, S
y G2), y otro de división o segregación de los cromosomas (Mitosis: en todas las células del organismo o Meiosis: en las células germinales) para la generación de nuevas células hijas1,2.
La regulación del ciclo celular es llevada a cabo
por un grupo complejo de enzimas denominadas
Ciclinas Dependientes de Kinasas (CDK), que responden a estímulos mitogénicos. Para graficar la importancia de estas enzimas, imaginemos y comparemos
una célula con un automóvil y a la Ciclina con el
“acelerador” de dicho vehículo. Cada fase del ciclo
celular posee Ciclinas específicas y, hasta el momento, se han identificado 9 CDKs de las cuales 7, participan activamente en las distintas fases del ciclo ce-
18
lular. La Ciclina D juega un rol muy importante en
el checkpoint entre las fases G1-S llamado punto R
(Punto de Restricción)3. Pasado este punto de control,
las células se vuelven independientes de los estímulos mitogénicos, continuando indefectiblemente con
el ciclo celular y pasando a la fase S. Luego del punto R, ya no puede volver atrás, ni salir del ciclo para
detenerse en G0 (Estado de quiescencia)4, aunque
fuese necesario reparar los daños del ADN y evitar
transmitir mutaciones a las células hijas.
Continuando con nuestra comparación entre una
célula y un vehículo, encontramos los “frenos” del ciclo celular que modulan o inhiben los CDKs y son
denominados Inhibidores de las Ciclinas Kinasas
(Ckis). Existen dos familias de CKis: la familia Cip/
Kip y la familia INK4. Algunas proteínas de estas familias como ser la P21 y la P16 están reguladas por
p53 (Gen “Guardián del Genoma”). El p53 es uno de
los encargados de evaluar el nivel de alteración que
se ha producido en el ADN actuando como sensor. Al
encontrar un error, activa su reparación y si la alteración es demasiado grande, el p53 modula la balanza
hacia la apoptosis o muerte celular programada. Si la
alteración es reparable, el p53 inhibe el pasaje a S
(replicación del ADN) para permitir su reparación.
Otra de las principales proteínas encargada de regular el ciclo celular, es la proteína codificada por el gen
del retinoblastoma (Rb), que es un gen supresor tumoral
(que también controla el pasaje de G1 a S, silenciando
genes que permiten el progreso del ciclo celular, frente
a una alteración [su mutación permite la aparición de
cánceres, entre ellos, el mismo Retinoblastoma, cuando
la segunda mutación ocurre en la retina]).
Cuando las Ciclinas cumplieron con su función
son degradadas por el Sistema de Proteasomas5.
Una sola mutación en general no alcanza para dar
un tumor. En la actualidad se considera que deben
ocurrir alrededor de 3 mutaciones para originar un
cáncer hematológico y entre 7 a 10 mutaciones sucesivas para que se origine un tumor sólido6.
Algunas de las potenciales estrategias terapéuticas para tratar el cáncer, relacionadas con la regulación del ciclo, podrían ser: inhibir la actividad de
CDK, bloquear la interacción CDK/Ciclinas, restaurar la función de CDKi, prevenir la degradación de
Ckis, inhibir la síntesis de Ciclinas y/o activar la degradación de Ciclinas3.
APOPTOSIS
Silvia Benasayag
La Apoptosis o Muerte Celular Programada es un
proceso activo y altamente controlado de autodestrucción (suicidio celular). En el cuerpo humano,
HEMATOLOGIA
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Volumen 9 - Nº 1, 2005
aproximadamente 100.000 células son producidas
cada segundo por mitosis, y un número similar de
células mueren por apoptosis7. Este proceso puede
darse en forma fisiológica: a) En la embriogénesis y
morfogéneseis (ejemplo: eliminación de membranas
interdigitales, desarrollo de la retina y fusión del paladar, muerte celular masiva en estadíos tempranos
del desarrollo del sistema nervioso central, desarrollo del sistema reproductor, etc.). b) Durante la
homeostasis de distintas poblaciones celulares como
por ejemplo: el sistema inmune, donde sólo los
linfocitos portadores de receptores antigénicos, con la
apropiada especificidad y selectividad, son seleccionados para sobrevivir; mientras que el 75% de los
precursores de las células B y el 95% de los precursores de las células T, morirán por apoptosis8,9. c) Eliminación de células superfluas, o que hayan cumplido con su función y que sean potencialmente peligrosas, por ejemplo: células con daño severo del ADN
que no pueden ser reparadas apropiadamente, células autoreactivas del sistema inmume y células infectadas. En todos estos casos, las células son removidas por apoptosis.
En forma patológica se observa:
Enfermedades Asociadas con la Inhibición de la Apoptosis
- Cáncer: Linfoma folicular, carcinomas con P53
mutados, tumores hormono–dependientes (mama,
próstata, ovario)
- Desórdenes Autoinmunes: Lupus, Glomerulonefritis, etc.
- Infecciones Virales: Herpes, Adenovirus, etc.
Enfermedades Asociadas con un Aumento de la Apoptosis
- HIV
- Desórdenes Neurodegenerativos: Alzheimer, Parkinson, Retinitis Pigmentosa.
- Síndromes Mielodisplásicos.
- Anemia Aplásica.
- Injuria Isquémica crónica.
- Toxinas hepáticas inducidas por el alcohol.
- Cirrosis.
Hay diferentes formas de inducir a una célula a
morir. Por un lado, un camino es estimular los receptores de la muerte, como sucede por ejemplo, a través del Factor de Necrosis Tumoral Alfa (TNFα) o
FAS L y su receptor el FAS R, en donde, el gen p53
regula la expresión de al menos dos tipos de este receptor de muerte: FAS/APO 1 y DR5 y, una vez activados estos receptores, se desencadena la cascada de
las caspasas (Familia de Cisteíno proteasas que
hidrolizan a su sustrato, junto a un residuo de ácido
aspártico) produciendo la apoptosis. Otro camino de
inducción de la apoptosis se produce como conse-
RESUMEN DE LA JORNADA
cuencia de la alteración de la membrana mitocondrial, liberación de citocromo C, activación final
de caspasas y formación del apoptosoma.
Las proteínas codificadas por los genes BAX y
BCL2 se encuentran en la membrana mitocondrial
reguladas también por el p53. Además, en la misma
membrana, otras proteinas pertenecientes a la familia BCL-2: como BAX y BAK están involucradas en
este proceso y serían potenciales blancos terapéuticos10,3.
Se estima que el 50% de los cánceres tienen el p53
mutado y el 80% de ellos poseen mutaciones en las
ciclinas11. Suele observarse inhibición de la apoptosis,
aumento de la expresión de bcl2 y una suma de alteraciones que se potencian y permiten que proliferen
células malignas. Existen alrededor de 450 mutaciones con cambios de secuencias diferentes en el gen
p5312. Las mismas, difieren en la naturaleza química
y en la posición dentro del gen. Algunas de estas
mutaciones son particulares de algún tipo de tumor
y con un origen geográfico específico. El rol del p53
es integrar las señales que detecten un daño en el
ADN durante G1 y G2; y, dicha función lo logra
interactuando con más de 60 genes13. Si el daño del
ADN es significativo, en condiciones normales, induce apoptosis removiendo a la célula dañada. La pérdida de p53 conduce a la acumulación de mutaciones que serán transmitidas a las nuevas células hijas
permitiendo, de esta manera, la proliferación de una
célula transformada en neoplásica. Además, es muy
importante recalcar que si el p53 esta mutado y no
cumple con su función de supresor tumoral, muchas
terapias oncológicas (quimio y/o radioterapia) se verían afectadas11. Observando el estudio citogenético
molecular de una neoplasia, se puede inferir si existe
compromiso en el gen supresor p53, sabiendo que éste
se localiza en el cromosoma 17p13, en el oncogén bcl2 situado en el cromosoma 18q21.3 y/o en el gen de
la ciclina D1 (sinónimo de bcl-1) ubicado en el cromosoma 11q1314. Es de suma relevancia tener presente que, frente a una alteración citogenética inesperada, un nuevo desafío es reconocer los genes involucrados y su posible intervención en la leucemogénesis.
Otro tipo de muerte celular es la necrosis, proceso altamente descontrolado sin gasto energético que
afecta al entorno celular y tiene marcadas diferencias
con la apoptosis.
MECANISMOS DE LA REGULACIÓN GÉNICA E
IMPORTANCIA DE LA METILACIÓN
Silvia Benasayag
La Genética es el estudio de los genes y sus efectos. El Genoma es la totalidad de los genes que po-
19
see un individuo. En la actualidad, se introdujo un
nuevo concepto “Genómica” que es la interacción de
esos genes entre sí. La información genética está codificada en el ADN. Esta información se replica con
cada célula y es utilizada por ella para su funcionamiento. La información contenida en el ADN es transferida al ARN en un proceso llamado “Transcripción”. Este es el proceso de síntesis de ARN utilizando ADN como molde. El “Splicing” implica el procesamiento del ARN, eliminación de los intrones y
elaboración de ARN mensajero sólo con los exones.
La “Traducción” es la transmisión de la información
genética del ARN mensajero a proteína. La hipótesis
“un gen, una enzima” de Beadle y Tatum ha sido
modificada a “un gen, un polipéptido” dado que
muchas proteínas (como por ejemplo la hemoglobina) están formadas por más de un polipéptido.
Los genes están distribuidos en los cromosomas,
pero ciertos cromosomas poseen relativamente más
genes que otros. Si bien todos los tejidos del cuerpo
poseen la misma información genética, cada tejido se
comporta de manera distinta. De los 35.000 genes que
conforman el genoma están “prendidos” en cada célula aproximadamente 10.00015. La pregunta que cabe
formularse es: ¿Cómo se prenden y apagan estos
genes?. La respuesta la obtenemos a través de los
mecanismos de regulación de la expresión genética:
Metilación, Acetilación, Fosforilación y Splicing Alternativo, entre otros. Estos mecanismos consisten en
procesos muy complejos en donde actúan cientos de
genes y cuya finalidad, es darle a cada órgano su propia especificidad.
La Metilación es un mecanismo de silenciamiento
de genes y, desde el punto de vista molecular, consiste en la adición de un grupo metilo en las “islas
CpG” en el promotor del gen a ser “apagado” (silenciado). Las funciones fisiológicas de la metilación son:
a) Regulación de genes tejido específicos (Ejemplo:
los genes de la Insulina que en el corazón están “apagado” y en el páncreas “prendidos”). b) Compensación de dosis de genes como sucede en las mujeres
(Hipótesis de Lyon), de los 2 cromosomas X (46,XX)
en situación normal, sólo 1 de ellos está “prendido”,
y el X restante, inactivado por metilación (Heterocromatinización del X). c) “Imprinting”, éste es la expresión diferencial de genes según provengan de un
progenitor u otro y conlleva a un patrón distinto de
metilación.
La Acetilación, otro mecanismo de regulación de
la expresión génica, permite remodelar la cromatina.
Las Histonas junto con la doble hebra de ADN forman el Nucleosoma, ellas son proteínas con alta carga positiva mientras que, el ADN es fuertemente negativo. La Acetilación decrece la carga positiva de las
Histonas reemplazando el NH3+ terminal de las
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lisinas H3 y H4. La neutralización de cargas positivas reduce las fuerzas de unión entre las mismas y
el ADN, permitiendo que este último se desenrolle y
sea más accesible a la entrada de proteínas responsables de la maquinaria de transcripción (ARN
polimerasa II + aproximadamente 100 proteínas
más) 16 . La proteína principal responsable de la
acetilación es la HAT (Histona Acetil Transferasa) y
la proteína que compacta el ADN impidiendo su
transcripción es la HDAC (Histona Deacetilasa). En
especial, en las leucemias, el estudio y mejor comprensión de la interacción HAT y HDAC, ha permitido diseñar nuevas estrategias terapéuticas, como
por ejemplo en la LMA M3, en donde los blastos se
diferencian y maduran en respuesta al ATRA. Recientemente, se ha descrito que el ATRA sólo actúa si los
genes implicados en la translocación son PML/RAR
alfa, cuya típica translocación es la t(15;17)(q21;q12)17.
Si la alteración ocurre a nivel del híbrido PLZF/RAR,
t(11;17) (q23; q12) o en el gen NPM descripto en 5q31,
el ATRA no va a tener efecto en remodelar la cromatina y producir un cambio conformacional que
permita que ingrese HAT. Cuando el rearreglo hallado es PLZF/RAR, la manera de desbloquear y permitir su expresión es sumando al ATRA un inhibidor
de HDAC18. En síntesis, Acetilación y Metilación juegan un rol sinérgico en la transcripción.
Las islas “CpG” metiladas, reclutan la proteína
MECP2 y ésta a su vez hace lo mismo con el complejo HDAC, mantiendo la cromatina compactada
(Heterocromatina) y a los genes “apagados”. En cáncer, muchos genes supresores tumorales contienen
islas CpG en sus promotores, estas islas son pasibles
de ser metiladas y reprimidas para evitar tumorogénesis.
Los inhibidores de HDAC pueden ser utilizados
para reactivar genes supresores tumorales y factores
de transcripción. Existen muchas vías de traducción
de señales, una de las más importantes es la vía
RAS/MAP kinasa. Uno de los blancos terapéuticos
es inhibir la farnelisación (el agregado posttraduccional de un grupo farnesilo al RAS) e impedir su unión a la membrana19. Se evita de esta manera, la posterior cascada de eventos.
Por último, al haber alrededor de 100.000 proteínas y solo 30.000 genes, el splicing alternativo, juega
un rol importante en eucariotas, así como se demostró en virus y otros organismos inferiores. Los ejemplos típicos son el Síndrome de Distrofia Muscular de
Duchenne y el Síndrome de Becker, ambas patologías
son producidas por una deleción del gen de la
Distrofina y como consecuencia de tal situación, se
genera una proteína anómala que, según los exones
que se pierdan, tendrá una expresión fenotípica diferente.
HEMATOLOGIA
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Volumen 9 - Nº 1, 2005
Silvia Benasayag
benasayag@ceg.com.ar
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INHIBIDORES DE PROTEASOMAS
Carlos Ponzinibbio
1. Introducción
El tráfico y actividad intracelular de proteínas
constituye uno de los mecansimos esenciales para el
mantenimiento de la homeostasis celular y en definitiva, del individuo en su totalidad.
21
RESUMEN DE LA JORNADA
En las células eucariotas la proteólisis dirigida es
un mecanismo de control de la actividad de proteínas intracelulares. Este papel central es desempeñado por el sistema ubiquitina-proteasoma. En condiciones normales las proteínas incorporadas por receptores son degradadas por los lisosomas, mientras que
las proteínas intracelulares utilizan la vía ubiquitinaproteasoma1.
Normalmente, el proceso comienza con el reconocimiento de la proteína a degradar por una pequeña proteína conocida como ubiquitina (Ub). La Ub se
une a la proteína blanco haciendola así reconocible
por el proteasoma para su degradación2. Sin embargo, es preciso señalar en este punto, que actualmente se describen actividades para la ubiquitina que son
independientes de la vía del proteasoma3.
-
-
Los proteasomas regulan la proliferación celular
a través de la proteólisis sincronizada de ciclinas
e inhibidores de kinasas dependientes de ciclinas
(KDC) del ciclo celular
Los proteasomas regulan la expresión génica mediante la degradación de factores de trasncripción
nuclear, tales como NFkB, p53, c-Jun, c-Myc, c-fos,
HIFα.
Los proteasomas son complejos constituídos por
múltiples subunidades y que están presentes en la
célula en gran cantidad, tanto en el citoplasma como
en el núcleo celular. El núcleo central de estas
organelas lo constituye el proteasoma 20S, que posee la actividad catalítica, y tiene la forma de una
estructura cilíndrica armada por 4 anillos hepatméricos que contienen las subunidades a y las subunidades b. Las subunidades α se encuentran en posición central mientras que las subunidades β comprenden los extremos del conjunto. Sobre estas subunidades se acoplan, en un proceso dependiente de
ATP, las subunidades 19 S, encargadas de reconocer
las proteínas ubiquitinadas. La union de dos subunidades 19 s a cada extemo del proteasoma 20S, resulta en la conformación del proteasoma 26 S4. El
protea-soma actúa como una proteasa sobre treonina:
la treonina N terminal de la subunidad β provee el
nucleofilo que ataca el grupo carbonilo de la union
peptídica en la proteína blanco.
La unión de los monómeros de Ub comienza por
la estimulación por una enzima activadora de
ubiquitina (E1). Esta es luego transferida a una nueva enzima conjugadora (E2) y finalmente se une a la
proteína blanco por unión isopeptídica entre su
glicina carboxiterminal y las lisinas epsilon de la proteína blanco.El paso final requiere una ligasa (E3) que
selecciona la proteína para su degradación (2).
El factor de trasncripción nuclear NFkB es un factor heterodimérico compuesto por dos subunidades,
p 50 y p 65. Se requiere la degradación proteasómica
para la activación de las subunidades a partir de sus
precursores6. Una vez conformado el NFkB, éste es
secuestrado en el citoplasma por unión a su inhibidor
IkB. Cuando, por ejemplo, se estimula a la célula por
medio de IL-1 o TNF, se fosforila el IkB y se degrada
en el proteasoma, liberando entonces al NFkB que se
trasloca al núcleo e inicia la transcripción. El NFkB
regula la proliferación celular, la apoptosis, la respuesta inmune e inflamatoria, la expresión de genes
de citoquinas y moléculas de adhesion y receptores
celulares.
La proteina p 53 es un factor de transcripción capaz de inhibir el crecimiento tumoral y es regulado
normalmente en forma post-transcripcional por el
sistema Ub-proteasoma7. Naturalmente se encuentra
asociada a su inhibidor MDM2 que la conduce a la
degradacion a traves del proteasoma.
Cuando la célula se somete a una agresión, se
fosforila la p53 y se libera de su inhibidor, de ese
modo no se puede degradar por el proteasoma, y se
une a sitios especificos en el ADN iniciando la transcripción de genes que inducen la detención de la proliferación, la reparación del ADN o si el insulto es
mayor, la apoptosis.
Otros factores de transcripción nuclear que son
activados o degradados por el sistema Ubproteasoma intervienen en la oncogénesis. La inhibición de la apoptosis es un mecanismo patogénico destacado en el desarrollo de algunas neoplasias. Las
proteínas de la familia bcl-2. BCL-2, BAX, regulan la
apoptosis celular dependiendo del modo en que realizan su dimerización, y es conocido que la sobreexpresión de proteínas antiapoptóticas, participa en
la etiopatogenia de algunas neoplasia, vbgr, los
linfomas foliculares.
3. Funciones del sistema Ub-proteasoma
4. Inhibidores de proteasomas
Es tan elevada la especificidad del sistema Ubproteasoma que, permitiendo la degradación específica de unos sustratos sin afectación de otros, se constituye en un destacado regulador metabólico celular
de varios procesos vitales para la células5.
En vistas de la importancia de los proteasomas
para la regulación celular varias drogas con capacidad de inhibir los proteasomas (IP) se ha ensayado,
inicialmente in vitro y luego in vivo, explorando este
potencial5.
2. Los Proteasomas
22
HEMATOLOGIA
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Volumen 9 - Nº 1, 2005
TABLA 1
Clase
Inhibidor
Especificidad
Mecanismo
Péptidos aldehídicos
MG 132, LLnV
PSI ALLN, ALLnM
CEP 1612
Lactacistina
Inhiben calpaína y catepsina B
Interacción reversible con
componente catalítico
Inhibe proteasoma
Forma esteres irreversibles con el
residuo treonina y la subunidad
catalítica
Interacción reversible con el residuo
treonina catalítico
Forma aductos irreversibles en la
subunidad catalítica
Unión covalente a la subunidad
catalítica
Metabolitos de
estreptomices
Acidos borónicos
PS 341
Tripéptidos
vinilsulfonas
Productos naturales
NLVS
Inhibición selectiva del
proteasoma
Inhibe catepsina
Eponomicina
Epoxomicina
Inhibición selectiva del
proteasoma
En general, los IP actúan en forma diferente dependiendo del estado proliferativo de las células, En
células proliferantes, predomina la acción proapoptótica, mientras que en células quiescentes, predomina la actividad de protección celular
Los IP inducen la apoptosis de varias células de
líneas tumorales, mientras que protegen a timocitos
de la apoptosis inducida por algunos estímulos, posiblemente, mediante la inhibición de la liberación de
Citocromo c por las mitocondrias, evitando la activación de caspasas. Esta acción diferencial sobre las células le otorgaría una ventaja aparente de aplicación,
pues el efecto de la administración de IP se vería sobre las células neoplásicas manteniendo una toxicidad reducida sobre las células normales. Es de señalar que el efecto sobre las células se encuentra también en dependencia del tiempo de administración:
la administración prolongada puede inducir la
apoptosis celular.
Entre los IP se destaca el ácido dipeptidil borónico
(PS 341): bortezomib, por su capacidad de inhibir
específicamente los proteasomas. Este producto ha
demostrado hasta la fecha una importante actividad
proapoptótica en varias líneas celulares humanas:
Cáncer de próstata, cólon, mama, carcinomas escamosos, mieloma, y en vivo particularmente en
mieloma y LLC
5. Mecanismos de inducción de apoptosis de los IP
La aplicación de IP promovería la apoptosis de las
células neoplásicas por varios mecanismos, que incluyen: aumento de actividad de p53, la acumulación de
moléculas inhibitorias del ciclo celular p 27 y p 21, la
acumulacion de proteinas proapoptóticas de la familia bcl-2, la activacion de kinasa activada por stress, la
activacion directa de caspasas y finalmente, la
inhibicion del efecto antiapoptótico del NfkB.
6. Efecto del bortezomib
La aplicación en vivo del bortezomib ha demostrado efectos beneficiosos en varios modelos tumorales, más aún, ha demostrado la capacidad de restaurar el efecto antitumoral de otras drogas citotóxicas8.
Particularmente en mieloma, la aplicación del
bortezomib es efectiva, si bien, los mecanismos
moleculares que operan en tal efecto no están aún
completamente aclarados. En un estudio reciente9, se
ha visto que el Bortezomib induce la expresión de la
proteina p 53 y su inhibidor MDM 2, induce la fosforilación de la p 53, la activacion de JNK que a su vez
activa la caspasa 8. En conjunto, estos mecanismos
inducirían la apoptosis de las células mielomatosas
Otro estudio pone en evidencia la posible participación de intermediarios reactivos del oxígeno como
elementos indispensables para iniciar la estimulación
de la vía JAK10.
La aplicación clínica del Bortezomib se ha demostrado eficiente en pacientes refractarios o recaídos a
múltiples agentes 11, y se ha comenzado a ensayar en
combinación para el tratamiento de pacientes con
enfermedad de-novo12.
También resulta particularmente interesante la
combinación del Bortezomib con otras drogas. Por
ejemplo, la combinación Bortezomib flavopiridol es
capaz de inducir la apoptosis en células de LMC resistentes al imatinib, a través de mecanismos dependientes e independientes del bcr-abl13.
En síntesis, cabe expresar que la posible acción
terapéutica de estas drogas, permite albergar la expectativa de un tratamiento dirigido a blancos
moleculares específicos14, con mayor beneficio y menor riesgo para el paciente.
Carlos Ponzinibbio
cponzin@attglobal.net
RESUMEN DE LA JORNADA
BIBLIOGRAFÍA
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OLIGONUCLEOTIDOS ANTISENTIDO
DIRIGIDOS A LA MOLÉCULA DE BCL-2
PARA TRATAMIENTO DE CÁNCER
Benjamín Koziner
BCL-2 es una proteína normal cuya expresión está
significativamente aumentada en varios tipos de cáncer. Mientras que ciertas histologías de linfomas no
Hodgkin (LNH) sobreexpresan constitutivamente
BCL-2 debido a una traslocación cromosómica específica que afecta el brazo largo del cromosoma 18, el
mecanismo por el cual BCL-2 está expresado en otras
malignidades permanece poco claro.
Esta proteína aparenta ser la principal causa de la
resistencia intrínsica de muchos tipos de cáncer a las
23
formas convencionales de tratamiento (quimio y radioterapia. La expresión de BCL-2 está aumentada en
la leucemia linfoide crónica (LLC) y en varios tipos
histológicos de LNH y la sola expresión de BCL-2 (en
relación directa con niveles disminuídos de la proteína BAX) está asociada con un pronóstico significativamente más desfavorable en pacientes con LLC.
BCL-2 se ubica en la capa interna de mitocondrias
permitiendo normalmente la salida a través de poros
del citocromo C, lo que resulta en la activación de la
cascada enzimática de las caspasas que culmina en
la destrucción masiva de cromatina y proteínas. La
expresión aumentada de BCL-2 previene o sustancialmente retarda la salida del citocromo C, a pesar de
la presencia de señales apropiadas de “muerte celular” que ordinariamente desencadenan la apoptosis.
Dado su rol central en los mecanismos de muerte
de células cancerosas, la proteína BCL2 ha sido considerada un blanco principal para la modulación por
moléculas pequeñas y oligonucleótidos antisentido.
Los oligonucleótidos antisentido son moléculas de
ADN de cadena única, químicamente modificadas,
que típicamente promedian de 13 a 25 nucleótidos.
El esqueleto hidrocarbonado puede ser estabilizado
(retardando la degradación de nucleasa) por varias
modificaciones químicas.
Oblimersen sódico es un oligonucleótido antisentido de 18 bases de longitud y ha sido diseñado para
hibridizarse con los primeros 6 codones del “open
reading frame” del BCL-2 ARN mensajero. Esta droga sensibiliza a las células para desarrollar apoptosis
ya sea sola o combinada con otras señales de “muerte celular” como quimioterapia citotóxica, anticuerpos monoclonales y radioterapia. Estudios preclínicos
han demostrado la actividad de oblimersen sódico
como agente único en varias neoplasias linfoides y
la droga ha demostrado amplio sinergismo con una
variedad de drogas quimioterapeúticas en una variedad de tumores sólidos y malignidades hematológicas.
Los primeros estudios clínicos han reportado que
oblimersen sódico disminuye los niveles de la proteína BCL-2 en células tumorales de pacientes que recibieron esta droga en forma sistémica. Estos estudios
comenzaron en 1995 y hasta el presente más de 1.000
pacientes han recibido la droga en Fases I, II y III.
En neoplasias hematológicas, estudios de fase III
se están desarrollando actualmente en LLC (en combinación con fludarabina y ciclofosfamida, y también
con fludarabina y rituximab) y en mieloma (en combinación con dexametasona y otras drogas). Además
existe experiencia en linfoma del manto, LNH recaídos
y leucemia mieloide aguda. Oblimersen sódico se administra por lo general en forma de una infusión EV
contínua por 5 - 7 días en forma ambulatoria.
24
HEMATOLOGIA
Dr. Benjamin Koziner
bkoziner@cellprep.com
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AGENTES HIPOMETILANTES Y
MODIFICADORES DE LA TRANSCRIPCIÓN
Marcelo Iastrebner
Los Agentes Hipometilantes son drogas que se
caracterizan por neutralizar una de las enzimas más
importantes de la transcripción celular, la DNA Metil
Transferasa (DNMT), enzima que actúa como factor
transcripcional permitiendo ingresar metilos a un sector del DNA denominado “promotor” y, por consiguiente, silencia genes. En condiciones normales, la
Metilación es un proceso reversible en donde la
DNMT obtiene metilos de la 5´ Adenosil Metionina
y los incorpora en el anillo 5´ citosina del DNA para
formar Metil Citosina1. Este proceso es esencial para
l
Volumen 9 - Nº 1, 2005
el desarrollo y crecimiento celular y, además, para
responder a modificaciones del medio ambiente.
Cabe mencionar que más del 70% de todos los genes
de una célula están apagados (estado “switch off”) o
no expresados, esto es un proceso necesario para que
la célula pueda llevar a cabo su función principal. Un
ejemplo sencillo de ello, lo grafica el eritroblasto (hasta policromatófilo) cuyo gen para la síntesis de
globina se encuentra muy activado. Para que un gen
se exprese, la cromatina debe estar “desplegada o
abierta” y esto depende de la activación por acetilación ó fosforilación de histonas en los nucleosomas
(estado “switch on”). Los nucleosomas son sectores
de cromatina constituido por ADN y proteínas
histonas y no histonas que se ordenan espacialmente
y permiten el desplegamiento o la compactación de
la cromatina hasta unas 10.000 veces. Las histonas
están cargadas positivamente y al adquirir fuerzas
negativas pierden su poder de atracción al DNA y se
despliegan.
Una manera de estudiar la metilación es a través
de cromatografía líquida de alta perfomance o por
técnicas basadas en PCR modificada denominadas
“AIMS” (amplificación de sitios intermetilados).
Ambos métodos, permitirán conocer un “Perfil de
Metilación” que será típico para un determinado gen
o sector promotor y constante para una patología específica2. Una célula aberrante o neoplásica, se encontrará en general hipermetilada en las regiones
promotoras denominadas “Islas CpG” y si dichas islas CpG corresponden a genes supresores tumorales
(p15, p53, etc.), las células adquirirán ventajas
proliferativas y antiapoptóticas que le permitirán evolucionar y transformarse, si aún no lo estaban, en
células neoplásicas. Como ejemplo, se menciona: el
ER alfa, BRCA1 o p16 en cáncer de mama. Si se produjera una hipometilación global, es decir de sectores amplios del genoma, se activarían oncogenes y se
inestabilizarían los cromosomas (acúmulo de desalineamiento, rupturas, deleciones, y duplicaciones del
DNA). Por ejemplo: agentes mutagénicos del medio
ambiente como el benzopireno del cigarrillo que, entre otras cosas, inhibe a la DNMT.
Antes de describir a los agentes hipometilantes
más utilizados, es importante mencionar un concepto de aplicación futura muy relevante: “los cambios
epigenéticos”, entendiéndose por tal, aquellas modificaciones de la información del ADN que no dependen exclusivamente de la secuencia de las bases
nucleotídicas y que pueden ser transmitidas a la herencia. Estos cambios epigenéticos están relacionadas
pricipalmente con la metilación o la acetilación aberrante. Los linfomas, leucemias o tumores sólidos tienen un patrón de metilación específico denominado
“Methylotype”, mientras que una célula normal con-
25
RESUMEN DE LA JORNADA
serva un patrón de metilación a lo largo de las divisiones celulares y éste, es acorde a la función que
desempeña: “Methylotype de Célula Normal”3. Sin
duda, conociendo los patrones de metilación, se vislumbran beneficios clínicos como por ejemplo: 1.detección precoz de enfermedades (el patrón de
metilación del gen supresor p151NK4b, p73 o CDH1
típico para un subtipo de LMA o LLA) 2.- Utilización
como factor de predicción de respuesta a la quimioterapia y 3.- como blanco terapéutico.
En este último punto, se observa que hipometilando genes supresores tumorales como el p15, p53
y de la familia ras, en especial en los sindromes
mielodisplásicos no transformados a leucemia aguda, se retrasaba la transformación leucémica y se mejoraba el curso natural de la enfermedad.
Dos drogas son las más utilizadas como agentes
hipometilantes, la 5-azacitidina o 5-aza (Vidaza ®)4
y la 2 deoxicitidina o Decitabine (Dacogen ®)5. Ambas presentan estructuras químicas semejantes al
Ara-C y son análogas de las pirimidinas.
El mecanismo de acción se basa en la inhibición
de la DNMT. La 5-aza puede ser utilizada por vía
subcutánea y esto le brinda mayor confort al paciente, permitiendo que el mismo sea tratado en forma
ambulatoria. La droga fue aprobada en Junio de 2004
por la Food and Drug Administration (FDA) para ser
utilizada en los sindromes mielodisplásicos no transformados en LMA. La tasa de respuesta global fue del
63% pero, hay que tener en cuenta que esta cifra incluye a las mejorías hematimétricas (47%), remisiones parciales y totales. Como efectos adversos principales se mencionan: la mielosupresión, los gastrointestinales, pirexia y mialgia; además, la droga es
teratogénica (concepto en revisión) y requiere durante
su uso un monitoreo estricto de la función renal y
hepática.
La segunda droga, el Decitabine, es administrada
por vía endovenosa, tiene una tasa de respuesta similar a la Azacitidina y, aparentemente, en dosis más
bajas que las utilizadas en los ensayos clínicos, mantiene la misma eficacia pero, con menos efectos colaterales. La respuesta citogenética es del 31% y las
plaquetas se recuperan particularmente rápido6.
Los agentes Hipometilantes junto con las drogas
inhibidoras de histonas deacetilasas (HDAIs) tienen
acción sinérgica en el tratamiento de la Leucemia
Promielocítica Aguda, en donde, como nuevo blanco terapéutico, se busca restaurar la sensibilidad al
ATRA. Sin duda, el tratamiento será de mayor eficacia y menor toxicidad cuanto más exacta sea la corrección molecular apuntada7.
Marcelo Iastrebner
miastrebner@ciudad.com.ar
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MECANISMOS DE TRASDUCCIÓN
DE SEÑALES INTRACELULARES
Daniel Fassi
Todas las células del organismo tienen la capacidad de responder ante estímulos de su microambiente. Dichos estímulos son capaces de modificar el
comportamiento celular dependiendo del tejido, la
función para la que las células están determinadas,
su estadío de diferenciación y su material genético.
El estímulo suele ser una molécula que toma contacto con las células a través de estructuras de membrana y citoplasmáticas especializadas llamadas receptores. Debemos entender entonces que los receptores
informan a la célula del estado del microambiente
que las rodea, indicándoles cómo deben comportarse y responder ante estímulos del mismo, para mantener un funcionamiento normal del tejido del que
son parte. Todos los receptores independientemente
de su localización y tipo, están acoplados a señales
intracelulares de comunicación llamadas señales de
trasducción.
La trasducción de señales en el interior de una célula en respuesta a factores activadores e inhibidores
del crecimiento, comprende cascadas de modulación
covalente por interacciones proteína-proteína.
Estas cascadas de modulación incluyen:
Fosforilaciones mediadas por quinasas de serina,
treonina y tirosina de sustratos llamados proteínas de
anclaje como el sistema Raf/MEK, MAPK con efectos mitogénicos
Fosforilaciones mediadas por quinasas que responden
a citoquinas como las Janus quinasas (JAK) y las MAP
quinasas acopladas a factores transcripcionales como
los STATs (signal transducers and activators of
transcription) que son señales de trasducción citoplasmáticas y activadores de genes a nivel nuclear.
26
Defosforilaciones mediadas por fosfatasas:
Hidrólisis del GTP: mediadas por GTPasas como
las producidas por los genes RAS (muchas acopladas
a las proteínas G como Gi y Gs asociadas a adenilato
ciclasa, Gq que activa la fosfolipasa C y la Go que
activa canales de K+)
Estas cascadas de reacciones intracelulares pueden estar alteradas en algunos de sus componentes,
como así también la conexión con los factores transcripcionales y nucleares. Las mutaciones o defectos
genéticos conducen a vías anormales amplificadas y
no reguladas, por lo que la célula puede modificar su
comportamiento proliferativo y madurativo. Las células tumorales modifican las señales de trasducción
para obtener ventaja proliferativa y antiapoptótica.
Es ahora conocido que la leucemia mieloide crónica (LMC) fue la primera neoplasia en donde se encontró una alteración citogenética específica, el
cromosoma Philadelfia que representa la traslocación
balanceada entre los brazos largos del cromosoma 9
y el 22. El intercambio de material genético permite
la amplificación y desregulación del proto-oncogen
ABL del cromosoma 9 y la generación de un gen híbrido el BCR-ABL1.
Este oncogen se expresa en todas las etapas clínicas de la LMC, la proteína resultante (tirosin-quinasa
bcr-abl) interviene en cascadas de trasducción intracelulares que otorgan al clon Philadelfia ventaja proliferativa, antiapoptótica y de no regulación ya que su
adherencia al microambiente medular está disminuída.
Existen distintas quinasas de diferente PM, la más
frecuente es la p210, presente en la mayoría de los
casos típicos de LMC, habiendo otras menos frecuentes como la p190 (en LLA Phi (+)) y la p230, presente
en formas con leucocitosis menos conspicua,
neutrofilia y monocitosis y a veces sin esplenomegalia.
DROGAS QUE ACTUAN SOBRE LA
TRASDUCCIÓN DE SEÑALES: IMATINIB
Daniel Fassi
La proteína quimérica bcr-abl y las señales de
trasducción que genera, representan un blanco ideal
para el desarrollo de nuevas drogas en LMC.
El mesilato de imatinib es una 2-fenilaminopirimidina que induce remisión hematológica en el
95% y molecular en el 60% de los pacientes con LMC
en fase crónica, así como también ocurren en pocos
casos, en las fases acelerada y blástica2, 3.
En las células que expresan el oncogén BCR-ABL
ocurren tres mecanismos por los cuales el imatinib
ejerce su efecto:
HEMATOLOGIA
l
Volumen 9 - Nº 1, 2005
Inhibición de la auto-fosforilación de Bcr-Abl y la
de sus sustratos moleculares: observada al minuto de
la exposición al imatinib.
Inhibición de la proliferación celular.
Inducción de la apoptosis: más evidente en las
formas blásticas y leucemia aguda.
Los últimos dos efectos del imatinib son de aparición más tardía (16 a 20 hs).
Mecanismo de acción: ocupación de parte del sitio
de unión al ATP inhibiendo a la proteína por unión
y estabilización de la molécula inactiva4.
La efectividad varía de acuerdo a la etapa de diferenciación de la célula blanco de modo que el BcrAbl se inhibe más rápido en células ontogénicamente
más maduras; células quiescentes pueden ser relativamente insensibles al imatinib y adquirir una ventaja proliferativa y de autorrenovación.
El imatinib no limita su acción a la proteína bcrabl, sino que también puede inhibir al receptor del
factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFR) y al receptor de stem cell factor (c-kit ó SCF-R)
MECANISMOS DE RESISTENCIA AL IMATINIB
Daniel Fassi
La resistencia al imatinib es una problemática clínica relevante en pacientes que reciben la droga.
Existen dos formas de resistencia:
Resistencia primaria: es la falta de respuesta a la
droga sin haber evolución clonal que la justifique.
Resistencia adquirida: es la pérdida de la respuesta
obtenida previamente.
Los mecanismos de resistencia pueden ser:
Mediados por el huésped: disminución de la biodisponibilidad e inactivación de la droga por fenómenos biológicos y farmacológicos. (en el citocromo
p450, unión a α-1-glicoproteína ácida5 que reduce su
concentración plasmática).
Intrínseco a la célula: por amplificación génica, mutaciones en el dominio de la quinasa y exportación de la droga al exterior de la célula (gen
MDR-1).
El 50% de los pacientes en recaída y el 90% de los
pacientes con resistencia al imatinib, presentan mutaciones puntuales en Bcr-Abl6. Cabe destacar que
estas mutaciones sólo adquieren relevancia en presencia de imatinib, ya que fueron seleccionadas negativamente debido a la especificidad ejercida por el
medicamento. El imatinib presenta una rigidez molecular que lo hace no reconocer sus blancos si se encuentran modificados (aunque sea mínimamente) en
su estructura y, por eso, en el futuro debieran usarse
drogas con menor rigidez asociadas al imatinib para
salvar la resistencia de las proteínas mutadas.
27
RESUMEN DE LA JORNADA
Otros pacientes presentan expresión exagerada de
BCR-ABL a nivel genómico ó de transcripción, la llamada amplificación génica. Las células con la amplificación tienen mayores niveles de proteína bcr-abl y
mantienen la cantidad mínima de trasducción de señales necesaria para la supervivencia de la clona, aún
en presencia de imatinib. Otros blancos moleculares
potenciales en LMC son:
a) Inhibición de otros dominios de la quinasa BcrAbl como la oligomerización de la porción Bcr, SH
y los dominios de unión a la actina.
b) Disminución de los niveles de p210 con drogas
como el trióxido de arsénico y la geldanamicina.
c) Inhibición de las señales RAS por los inhibidores
de la farnesil transferasa (FTIs).7
d) Inhibición de otras quinasas como las abl/src por
drogas en experimentación como el compuesto
BMS354825, la cascada RAF/MEK/ERK PI-3 quinasa y otras.8
La proteína quinasa de bcr-abl continúa siendo un
blanco terapéutico útil. En la actualidad, se encuentra en investigación el uso de inhibidores de la
quinasa con especificidad diferente al imatinib. En el
futuro, posiblemente se requerirá un cóctel de
inhibidores con especificidades diferentes que se seleccionen en base al perfil individual molecular de
cada paciente.
Daniel Fassi
DanielFassi@yahoo.com.ar
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Impreso en el mes de Junio de 2005